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CalcGospel 國際數學圖譜
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S1 2025 May Q1

A Level / Edexcel / S1

IAL 2025 May Paper · Question 1

题目

Problem

The discrete random variable XX has probability distribution

xx11223344
P(X=x)P(X=x)0.30.30.20.20.350.350.150.15

(a) Find F(3.5)F(3.5)

(1)

(b) Find P(3X−3<X+2)P(3X-3<X+2)

(2)

(c) Find E(X)E(X)

(2)

(d) Show that Var⁡(X)=1.1275\operatorname{Var}(X)=1.1275

(3)

(e) Find Var⁡(5−2X)\operatorname{Var}(5-2X)

(1)
题目中文翻译

离散随机变量 XX 的概率分布如上表所示。

(a) 求 F(3.5)F(3.5)。(1 分)

(b) 求 P(3X−3<X+2)P(3X-3<X+2)。(2 分)

(c) 求 E(X)E(X)。(2 分)

(d) 证明 Var⁡(X)=1.1275\operatorname{Var}(X)=1.1275。(3 分)

(e) 求 Var⁡(5−2X)\operatorname{Var}(5-2X)。(1 分)

解答

(a)

解法一

思路

展开

F(3.5)F(3.5) 表示 P(X⩽3.5)P(X\leqslant 3.5)。因为 XX 只能取 1,2,3,41,2,3,4,所以要把 1,2,31,2,3 的概率相加。

答题过程

展开

Since XX is discrete,

F(3.5)= P(X⩽3.5)= P(X=1)+P(X=2)+P(X=3)= 0.3+0.2+0.35= 0.85.\begin{align*} F(3.5) =&\,P(X\leqslant 3.5)\\ =&\,P(X=1)+P(X=2)+P(X=3)\\ =&\,0.3+0.2+0.35\\ =&\,0.85. \end{align*}

(b)

解法一

思路

展开

先把不等式化成关于 XX 的范围,再从概率表中选出满足条件的 xx 值。

答题过程

展开

Solve the inequality first:

3X−3<X+22X<5X<2.5.\begin{align*} 3X-3&<X+2\\ 2X&<5\\ X&<2.5. \end{align*}

Therefore the possible values are X=1X=1 and X=2X=2.

P(3X−3<X+2)= P(X<2.5)= P(X=1)+P(X=2)= 0.3+0.2= 0.5.\begin{align*} P(3X-3<X+2) =&\,P(X<2.5)\\ =&\,P(X=1)+P(X=2)\\ =&\,0.3+0.2\\ =&\,0.5. \end{align*}

(c)

解法一

思路

展开

离散型随机变量的期望用

E(X)=∑xP(X=x).\begin{align*} E(X)=\sum xP(X=x). \end{align*}

也就是每个取值乘以对应概率,再全部相加。

答题过程

展开 E(X)= 1(0.3)+2(0.2)+3(0.35)+4(0.15)= 0.3+0.4+1.05+0.6= 2.35.\begin{align*} E(X) =&\,1(0.3)+2(0.2)+3(0.35)+4(0.15)\\ =&\,0.3+0.4+1.05+0.6\\ =&\,2.35. \end{align*}

(d)

解法一

思路

展开

要证明方差,先算 E(X2)E(X^2),再用

Var⁡(X)=E(X2)−[E(X)]2.\begin{align*} \operatorname{Var}(X)=E(X^2)-[E(X)]^2. \end{align*}

上一小题已经得到 E(X)=2.35E(X)=2.35,这里可以直接承接。

答题过程

展开

First find E(X2)E(X^2):

E(X2)= 12(0.3)+22(0.2) +32(0.35)+42(0.15)= 0.3+0.8+3.15+2.4= 6.65.\begin{align*} E(X^2) =&\, 1^2(0.3)+2^2(0.2)\\ &\,\hspace{2pt}+3^2(0.35)+4^2(0.15)\\ =&\, 0.3+0.8+3.15+2.4\\ =&\, 6.65. \end{align*}

Using E(X)=2.35E(X)=2.35,

Var⁡(X)= E(X2)−[E(X)]2= 6.65−(2.35)2= 6.65−5.5225= 1.1275.\begin{align*} \operatorname{Var}(X) =&\, E(X^2)-[E(X)]^2\\ =&\, 6.65-(2.35)^2\\ =&\, 6.65-5.5225\\ =&\, 1.1275. \end{align*}

Therefore

Var⁡(X)=1.1275.\begin{align*} \operatorname{Var}(X)=1.1275. \end{align*}

解法二

思路

展开

也可用方差定义,将每个取值与均值 2.352.35 之差的平方乘以对应概率,再相加。

答题过程

展开

From part (c), the expectation is E(X)=2.35E(X) = 2.35.

Using the definition of variance Var⁡(X)=∑(x−E(X))2P(X=x)\operatorname{Var}(X) = \sum (x - E(X))^2 P(X=x):

Var⁡(X)= (1−2.35)2(0.3) +(2−2.35)2(0.2) +(3−2.35)2(0.35) +(4−2.35)2(0.15)= (−1.35)2(0.3)+(−0.35)2(0.2) +(0.65)2(0.35)+(1.65)2(0.15)= (1.8225)(0.3)+(0.1225)(0.2) +(0.4225)(0.35)+(2.7225)(0.15)= 0.54675+0.0245+0.147875+0.408375= 1.1275.\begin{align*} \operatorname{Var}(X) =&\, (1 - 2.35)^2(0.3)\\ &\,\hspace{2pt}+ (2 - 2.35)^2(0.2)\\ &\,\hspace{4pt}+ (3 - 2.35)^2(0.35)\\ &\,\hspace{6pt}+ (4 - 2.35)^2(0.15)\\ =&\, (-1.35)^2 (0.3) + (-0.35)^2 (0.2)\\ &\, + (0.65)^2 (0.35) + (1.65)^2 (0.15)\\ =&\, (1.8225)(0.3) + (0.1225)(0.2)\\ &\, + (0.4225)(0.35) + (2.7225)(0.15)\\ =&\, 0.54675 + 0.0245 + 0.147875 + 0.408375\\ =&\, 1.1275. \end{align*}

Therefore, Var⁡(X)=1.1275\operatorname{Var}(X) = 1.1275.

(e)

解法一

思路

展开

方差的线性变换规则是

Var⁡(a+bX)=b2Var⁡(X).\begin{align*} \operatorname{Var}(a+bX)=b^2\operatorname{Var}(X). \end{align*}

常数 55 不影响方差,系数 −2-2 会让方差乘以 (−2)2=4(-2)^2=4。

答题过程

展开 Var⁡(5−2X)= (−2)2Var⁡(X)= 4(1.1275)= 4.51.\begin{align*} \operatorname{Var}(5-2X) =&\,(-2)^2\operatorname{Var}(X)\\ =&\,4(1.1275)\\ =&\,4.51. \end{align*}